WO2021192107A1 - 給電システム、及び電力管理装置 - Google Patents

Abstract

給電システムは、直流電力を供給するための直流バスと、直流バスに接続される再生可能エネルギー発電装置と、直流バスに接続され、直流バスに供給されるバス電圧を負荷機器に供給される負荷電圧に変換する第１コンバータと、蓄電池と、蓄電池と直流バスとの間に設けられ、バス電圧と蓄電池の電池電圧とを双方向に変換可能な第２コンバータと、第２コンバータを制御することによって蓄電池を充放電する電力管理装置と、を備え、電力管理装置は、再生可能エネルギー発電装置によって生成される発電電力を含む直流バスに供給される供給電力から負荷機器に供給される負荷電力を引くことによって得られる差分電力に基づいて、バス電圧を変更するように第２コンバータを制御する。

Description

給電システム、及び電力管理装置

　本開示は、給電システム、及び電力管理装置に関する。

　近年、風力及び太陽光といった再生可能エネルギーを利用した発電設備の導入が進んでいる。特に、隔離地及び過疎地のような電力系統インフラが整備されていない地域では、経済性向上を図るとともに低炭素社会の実現にも貢献可能な給電システムに対するニーズは高い。電力系統インフラが既に整備されている地域においても、自然災害等で電力系統が停止した場合に負荷機器に対して安定的かつ継続的に電力を供給する給電システムへの期待が高まっている。

　例えば、特許文献１には、太陽光発電装置と充放電可能な蓄電池とを備える給電システムが記載されている。この給電システムでは、太陽光発電装置から負荷機器に電力が供給され、太陽光発電装置の発電量と負荷電力との差分に応じて、蓄電池が充放電される。

国際公開第２０１２／０５７０３２号

　特許文献１に記載の給電システムでは、太陽光発電装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して直流バスに接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータによって適切な電力を出力するように制御される。この給電システムでは、蓄電池は、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して直流バスに接続されている。太陽光発電装置と蓄電池との間には２つのＤＣ／ＤＣコンバータが介在するので、太陽光発電装置から蓄電池に電力が供給される場合、変換効率が低下するおそれがある。

　本開示は、再生可能エネルギー発電装置の発電制御を行いながら、変換効率を向上可能な給電システム、及び電力管理装置を説明する。

　本開示の一側面に係る給電システムは、直流電力を供給するための直流バスと、直流バスに接続される再生可能エネルギー発電装置と、直流バスに接続され、直流バスに供給されるバス電圧を負荷機器に供給される負荷電圧に変換する第１コンバータと、蓄電池と、蓄電池と直流バスとの間に設けられ、バス電圧と蓄電池の電池電圧とを双方向に変換可能な第２コンバータと、第２コンバータを制御することによって蓄電池を充放電する電力管理装置と、を備える。電力管理装置は、再生可能エネルギー発電装置によって生成される発電電力を含む直流バスに供給される供給電力から負荷機器に供給される負荷電力を引くことによって得られる差分電力に基づいて、バス電圧を変更するように第２コンバータを制御する。

　この給電システムでは、再生可能エネルギー発電装置が直流バスに接続され、蓄電池が第２コンバータを介して直流バスに接続されている。このように、再生可能エネルギー発電装置はコンバータを介することなく直流バスに接続されるので、再生可能エネルギー発電装置がコンバータを介して直流バスに接続される構成と比較して、変換効率を向上させることが可能となる。再生可能エネルギー発電装置によって生成される発電電力を含む供給電力から負荷電力を引くことによって得られる差分電力に基づいて、バス電圧が変更される。バス電圧が変更されると、再生可能エネルギー発電装置の発電電力が変更されるので、再生可能エネルギー発電装置の発電制御を行うことができる。その結果、再生可能エネルギー発電装置の発電制御を行いながら、変換効率を向上させることが可能となる。

　電力管理装置は、差分電力と第２コンバータが受電可能な最大電力との大小関係に応じて、第２コンバータにバス電圧を変更させてもよい。例えば、差分電力が最大電力よりも小さい場合には、発電電力が増加するように、第２コンバータにバス電圧を変更させることができる。一方、差分電力が最大電力よりも大きい場合には、発電電力が減少するように、第２コンバータにバス電圧を変更させることができる。この構成によって、再生可能エネルギー発電装置の発電電力を最適化することが可能となる。

　電力管理装置は、差分電力が最大電力よりも小さい場合には、発電電力が増加するように、第２コンバータにバス電圧を変更させてもよい。この場合、より多くの発電電力を得ることができる。したがって、再生可能エネルギー発電装置の発電効率を向上させることが可能となる。

　電力管理装置は、差分電力が最大電力よりも大きい場合には、発電電力が減少するように、第２コンバータにバス電圧を変更させてもよい。この場合、差分電力が最大電力以下に抑えられ得る。したがって、過大な電力が第２コンバータに供給されることを防止することができ、第２コンバータが故障する可能性を低減することが可能となる。

　本開示の別の側面に係る電力管理装置は、直流バスに接続された再生可能エネルギー発電装置によって生成された発電電力を含む直流バスに供給される供給電力から、第１コンバータを介して直流バスに接続された負荷機器に供給される負荷電力を引くことによって得られる差分電力を取得する第１取得部と、差分電力に基づいて、直流バスに供給されるバス電圧を変更するように直流バスと蓄電池との間に設けられた第２コンバータを制御する制御部と、を備える。第２コンバータは、バス電圧と蓄電池の電池電圧とを双方向に変換可能である。

　この電力管理装置が適用される給電システムでは、再生可能エネルギー発電装置が直流バスに接続され、蓄電池が第２コンバータを介して直流バスに接続されている。このように、再生可能エネルギー発電装置はコンバータを介することなく直流バスに接続されるので、再生可能エネルギー発電装置がコンバータを介して直流バスに接続される構成と比較して、変換効率を向上させることが可能となる。このような給電システムにおいて、電力管理装置では、直流バスに接続された再生可能エネルギー発電装置によって生成された発電電力を含む供給電力から、負荷電力を引くことによって得られる差分電力に基づいて、バス電圧が変更される。バス電圧が変更されると、再生可能エネルギー発電装置の発電電力が変更されるので、再生可能エネルギー発電装置の発電制御を行うことができる。その結果、変換効率を向上させるとともに、再生可能エネルギー発電装置の発電制御を行うことが可能となる。

　上記電力管理装置は、第２コンバータが受電可能な最大電力を取得する第２取得部をさらに備えてもよい。制御部は、差分電力と最大電力との大小関係に応じて、第２コンバータにバス電圧を変更させてもよい。例えば、差分電力が最大電力よりも小さい場合には、発電電力が増加するように、第２コンバータにバス電圧を変更させることができる。一方、差分電力が最大電力よりも大きい場合には、発電電力が減少するように、第２コンバータにバス電圧を変更させることができる。この構成によって、再生可能エネルギー発電装置の発電電力を最適化することが可能となる。

　制御部は、差分電力が最大電力よりも小さい場合には、発電電力が増加するように、第２コンバータにバス電圧を変更させてもよい。この場合、より多くの発電電力を得ることができる。したがって、再生可能エネルギー発電装置の発電効率を向上させることが可能となる。

　制御部は、差分電力が最大電力よりも大きい場合には、発電電力が減少するように、第２コンバータにバス電圧を変更させてもよい。この場合、差分電力が最大電力以下に抑えられ得る。したがって、過大な電力が第２コンバータに供給されることを防止することができ、第２コンバータが故障する可能性を低減することが可能となる。

　本開示の各側面及び各実施形態によれば、再生可能エネルギー発電装置の発電制御を行いながら、変換効率を向上させることができる。

図１は、一実施形態に係る給電システムを概略的に示す構成図である。 図２は、図１に示される再生可能エネルギー発電装置の発電特性を示す図である。 図３は、図１に示される電力管理装置のハードウェア構成図である。 図４は、図１に示される電力管理装置の機能ブロック図である。 図５は、図１に示される電力管理装置が行う電力管理方法の一連の処理を示すフローチャートである。

　以下、図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。なお、図面の説明において同一要素には同一符号が付され、重複する説明は省略される。

　図１は、一実施形態に係る給電システムを概略的に示す構成図である。図１に示される給電システム１は、負荷機器Ｌに負荷電力ＷＬ（負荷電圧ＶＬ）を供給するシステムである。本実施形態では、給電システム１は、直流給電システムである。負荷機器Ｌは、直流電圧で動作する直流負荷機器であってもよく、交流電圧で動作する交流負荷機器であってもよい。直流負荷機器の例としては、ＬＥＤ（Light　Emission　Diode）照明器、ＤＣ（Direct　Current）ファン、及びパーソナルコンピュータが挙げられる。交流負荷機器の例としては、洗濯機、冷蔵庫、及びエアーコンディショナが挙げられる。給電システム１は、直流バス２と、１又は複数の電源装置３と、１又は複数の補助電源装置４と、補助電源装置５と、１又は複数のコンバータ６（第１コンバータ）と、１又は複数の蓄電装置７と、電力管理装置１０と、を備える。

　直流バス２は、直流電力を供給する直流給電を行うための母線として機能するバスである。直流バス２は、電源装置３、補助電源装置４、補助電源装置５、蓄電装置７、及び負荷機器Ｌの設置場所に亘って敷設されている。直流バス２にはバス電圧Ｖｂｕｓが供給される。バス電圧Ｖｂｕｓは、高圧の直流電圧である。バス電圧Ｖｂｕｓは、後述する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３（第２コンバータ）によって、所定の電圧範囲内において変更される。バス電圧Ｖｂｕｓの電圧範囲は、コンバータ６の入力電圧の範囲に含まれるように設定される。バス電圧Ｖｂｕｓは、例えば、ＤＣ２５０Ｖ以上ＤＣ４５０Ｖ以下の電圧範囲内で変更される。

　電源装置３は、直流バス２に電力を供給する装置である。本実施形態では、給電システム１は、１つの電源装置３を備えている。電源装置３の数は、１つに限られず、必要に応じて適宜変更され得る。電源装置３は、再生可能エネルギー発電装置３１を含む。

　再生可能エネルギー発電装置３１は、直流の発電電力Ｗｒｅを生成する装置である。再生可能エネルギー発電装置３１の例としては、太陽光発電装置、風力発電装置、及び燃料電池が挙げられる。再生可能エネルギー発電装置３１は、パワーコンディショナーを介することなく、直流バス２に直接接続されている。再生可能エネルギー発電装置３１は、バス電圧Ｖｂｕｓに応じた電力値の発電電力Ｗｒｅを生成し、発電電力Ｗｒｅを直流バス２に供給する。

　図２は、図１に示される再生可能エネルギー発電装置の発電特性を示す図である。再生可能エネルギー発電装置３１として太陽光発電装置が用いられる。特性Ｃ１～Ｃ５は、互いに異なる放射照度での発電電力Ｗｒｅとバス電圧Ｖｂｕｓとの関係を示している。特性Ｃ１、特性Ｃ２、特性Ｃ３、特性Ｃ４、及び特性Ｃ５の順に、放射照度が低くなる。図２に示されるように、バス電圧Ｖｂｕｓの電圧値に応じて、発電電力Ｗｒｅの電力値が変更され得る。

　補助電源装置４は、直流バス２に電力を供給する装置である。本実施形態では、給電システム１は、１つの補助電源装置４を備えている。補助電源装置４の数は、１つに限られず、必要に応じて適宜変更され得る。補助電源装置４は、発電装置４１と、ＡＣ（Alternating　Current）／ＤＣコンバータ４２と、を含む。

　発電装置４１は、交流の発電電力Ｗｇを生成する装置である。発電装置４１の例としては、ディーゼル発電機が挙げられる。発電装置４１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２を介して直流バス２に接続されている。例えば、オペレータによる操作（手動）によって、発電装置４１の起動及び停止が行われる。電力管理装置１０によって、発電装置４１の起動及び停止が制御されてもよい。例えば、発電装置４１は、後述の蓄電池７１を充電するために、多くの電力が一時的に必要なときに起動される。この場合、発電装置４１は、負荷機器Ｌに負荷電力ＷＬを供給しつつ、蓄電池７１を十分に充電可能な電力を発電可能に構成されている。発電装置４１は、動作状態において、所定の電圧値の発電電圧Ｖｇを生成し、発電電圧Ｖｇに応じた発電電力Ｗｇを出力する。発電電圧Ｖｇは交流電圧である。

　ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、直流バス２に接続されており、発電電圧Ｖｇをバス電圧Ｖｂｕｓに変換する装置である。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、例えば、発電電圧Ｖｇに基づいて内部で生成した直流電圧で動作する。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、電力管理装置１０からの指令に基づき、発電装置４１の発電動作を制御することで、発電電力Ｗｇを制御する。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、電力管理装置１０からの指令に基づき、発電電圧Ｖｇをバス電圧Ｖｂｕｓに変換し、バス電圧Ｖｂｕｓを直流バス２に供給する。

　ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、発電装置４１から直流バス２に供給されている発電電力Ｗｇを計測する電力計測機能を有している。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、例えば、周期的に発電電力Ｗｇを計測する。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、発電電力Ｗｇの計測値を電力管理装置１０に送信する。

　補助電源装置５は、直流バス２に電力を供給する装置である。補助電源装置５は、商用電源５１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ５２と、を含む。商用電源５１は、所定の電圧値の系統電圧Ｖｓを含む系統電力Ｗｓを供給する。系統電圧Ｖｓは交流電圧である。商用電源５１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５２を介して直流バス２に接続されている。

　ＡＣ／ＤＣコンバータ５２は、直流バス２に接続されており、系統電圧Ｖｓをバス電圧Ｖｂｕｓに変換する装置である。系統電圧Ｖｓは、交流電圧である。ＡＣ／ＤＣコンバータ５２は、例えば、系統電圧Ｖｓに基づいて内部で生成した直流電圧で動作する。ＡＣ／ＤＣコンバータ５２は、電力管理装置１０からの指令に基づき、系統電圧Ｖｓをバス電圧Ｖｂｕｓに変換し、バス電圧Ｖｂｕｓを直流バス２に供給する。ＡＣ／ＤＣコンバータ５２は、商用電源５１から直流バス２に供給されている系統電力Ｗｓを計測する電力計測機能を有している。ＡＣ／ＤＣコンバータ５２は、例えば、周期的に系統電力Ｗｓを計測する。ＡＣ／ＤＣコンバータ５２は、系統電力Ｗｓの計測値を電力管理装置１０に送信する。

　補助電源装置４及び補助電源装置５は、安定的に電力を供給することが可能であるので、給電システム１全体の電力が不足している場合に電力を供給するよう制御される。

　コンバータ６は、直流バス２に接続されており、バス電圧Ｖｂｕｓを負荷電圧ＶＬに変換する装置である。負荷電圧ＶＬは、負荷機器Ｌに供給される電圧である。負荷機器Ｌは、コンバータ６を介して直流バス２に接続されている。コンバータ６は、例えば、バス電圧Ｖｂｕｓに基づいて内部で生成した直流電圧で動作する。本実施形態では、給電システム１は、４つのコンバータ６を備えている。コンバータ６の数は、４つに限られず、負荷機器Ｌの数に応じて変更され得る。

　コンバータ６は、電力管理装置１０から起動指令を受信した場合、バス電圧Ｖｂｕｓを負荷電圧ＶＬに変換し、負荷電圧ＶＬ（負荷電力ＷＬ）を負荷機器Ｌに供給する。負荷機器Ｌが直流負荷機器である場合、負荷電圧ＶＬは直流電圧であり、コンバータ６はＤＣ／ＤＣコンバータである。負荷機器Ｌが交流負荷機器である場合、負荷電圧ＶＬは交流電圧であり、コンバータ６はＤＣ／ＡＣコンバータである。コンバータ６は、電力管理装置１０から停止指令を受信した場合、負荷電圧ＶＬの供給を停止する。

　コンバータ６は、直流バス２から負荷機器Ｌに供給される負荷電流を上限電流値で制限する電流制限機能を有している。上限電流値は、電力管理装置１０によって設定される。コンバータ６は、負荷電圧ＶＬ及び負荷電流に基づき、直流バス２から負荷機器Ｌに供給されている負荷電力ＷＬを計測する電力計測機能を有している。コンバータ６は、例えば、周期的に負荷電力ＷＬを計測する。コンバータ６は、負荷電力ＷＬの計測値を電力管理装置１０に送信する。

　蓄電装置７は、給電システム１で生じた余剰電力を蓄積し、給電システム１で生じた不足電力を供給するための装置である。供給電力の総和から負荷電力ＷＬの総和を引くことによって得られる差分電力が０より大きい場合には、差分電力の大きさ（電力値）に等しい余剰電力が生じる。供給電力は、直流バス２に供給される電力である。本実施形態では、供給電力は、発電電力Ｗｒｅ、発電電力Ｗｇ、及び系統電力Ｗｓである。各蓄電装置７には、蓄電装置７の数で余剰電力を均等に分割することによって得られる電力Ｗｃが直流バス２から供給される。差分電力が０より小さい場合には、差分電力の大きさに等しい不足電力が生じる。各蓄電装置７からは、蓄電装置７の数で不足電力を均等に分割することによって得られる電力Ｗｃが直流バス２に放出される。

　蓄電装置７の数は、３つに限られず、必要に応じて適宜変更され得る。各蓄電装置７は、蓄電池７１と、ＢＭＵ（Battery　Management　Unit：電池管理装置）７２と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３と、を含む。

　蓄電池７１は、充放電可能な装置である。蓄電池７１は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３を介して直流バス２に接続されている。蓄電池７１の例としては、リチウムイオン電池、ＮＡＳ（ナトリウム硫黄）電池、レドックスフロー電池、鉛蓄電池、及びニッケル水素電池が挙げられる。本実施形態では、複数の蓄電装置７に含まれる蓄電池７１は、互いに同種で、かつ同じ蓄電容量を有している。蓄電容量は、蓄電可能な最大の蓄電量である。複数の蓄電装置７に含まれる蓄電池７１は、互いに異なる種類の蓄電池でもよく、互いに異なる蓄電容量を有してもよい。蓄電池７１は、例えば、複数の電池セルを含む。

　ＢＭＵ７２は、蓄電池７１を管理する装置である。ＢＭＵ７２は、蓄電池７１の電池電圧Ｖｂａｔを計測する機能と、蓄電池７１の充放電電流の電流値を計測してＳＯＣ（State　of　charge：残容量）を演算する機能と、を有する。ＢＭＵ７２は、蓄電池７１の電池情報を電力管理装置１０に送信する。電池情報は、電池電圧Ｖｂａｔの計測値、充放電電流の電流値、及びＳＯＣを含む。電池情報は、蓄電池７１の温度を含んでもよい。ＢＭＵ７２は、周期的に電池情報を電力管理装置１０に送信する。

　双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、直流バス２に接続されており、バス電圧Ｖｂｕｓと電池電圧Ｖｂａｔとを双方向に変換可能な装置である。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、蓄電池７１と直流バス２との間に設けられている。電池電圧Ｖｂａｔは、蓄電池７１の電圧である。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３としては、公知の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられ得る。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、例えば、バス電圧Ｖｂｕｓに基づいて内部で生成した直流電圧で動作する。

　双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、電力管理装置１０によって制御される。具体的には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、電力管理装置１０から充電指令を受信した場合、バス電圧Ｖｂｕｓを電池電圧Ｖｂａｔに変換するとともに、充電電流を直流バス２から蓄電池７１に流す。これにより、蓄電池７１が充電される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、電力管理装置１０から放電指令を受信した場合、電池電圧Ｖｂａｔをバス電圧Ｖｂｕｓに変換するとともに、放電電流を蓄電池７１から直流バス２に流す。これにより、蓄電池７１が放電される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、定電流方式で蓄電池７１を充電又は放電してもよく、定電圧方式で蓄電池７１を充電又は放電してもよい。

　双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、電力管理装置１０から停止指令を受信した場合、動作を停止させて消費電力を低減させるスリープ状態に移行する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、スリープ状態において充電指令又は放電指令を受信した場合には、スリープ状態から脱して、充電処理又は放電処理を実行する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、蓄電池７１に供給する充電電流及び蓄電池７１から放出される放電電流の各電流値を蓄電池７１の最大電流値（例えば、４５Ａ）以下に制限する電流制限機能を有している。

　双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、電力Ｗｃを計測する電力計測機能を有している。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、例えば、周期的に電力Ｗｃを計測する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、電力Ｗｃの計測値を電力管理装置１０に送信する。

　双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、電力管理装置１０から電圧調整指令を受信した場合、電圧調整指令に含まれる目標電圧値にバス電圧Ｖｂｕｓの電圧値を合わせる。なお、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３が受電可能な最大電力は、予め定められている。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、最大電力の電力値（最大電力値）を含む機器情報を電力管理装置１０に送信する。

　電力管理装置１０は、給電システム１全体を管理する装置（コントローラ）である。電力管理装置１０は、ＥＭＳ（Energy　Management　System）とも称される。電力管理装置１０は、補助電源装置４、補助電源装置５、コンバータ６、及び蓄電装置７と通信線を介して互いに通信可能に接続されている。通信線は、有線及び無線のいずれで構成されてもよい。電力管理装置１０は、ＲＳ－２３２Ｃ、ＲＳ－４８５、ＣＡＮ（Controller　Area　Network）、及びイーサネット（登録商標）等の規格に準拠した通信を行ってもよい。

　電力管理装置１０は、バス電圧Ｖｂｕｓを計測する電圧計測処理を行う。電力管理装置１０は、バス電圧Ｖｂｕｓを直接的に計測してもよい。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３がバス電圧Ｖｂｕｓを計測して計測値を電力管理装置１０に送信することによって、電力管理装置１０がバス電圧Ｖｂｕｓを間接的に計測してもよい。

　電力管理装置１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２、ＡＣ／ＤＣコンバータ５２、コンバータ６、及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３のそれぞれに、起動指令、及び停止指令を送信する。例えば、電力管理装置１０は、コンバータ６に起動指令を送信することで、コンバータ６に負荷電圧ＶＬを供給させる。電力管理装置１０は、コンバータ６に停止指令を送信することで、コンバータ６に負荷電圧ＶＬの供給を停止させる。他のコンバータについても同様である。

　電力管理装置１０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３を制御することによって蓄電池７１を充放電する充放電処理を行う。電力管理装置１０は、差分電力に応じて充放電処理を行う。電力管理装置１０は、供給電力の総和が負荷電力ＷＬの総和よりも大きい場合（差分電力が０よりも大きい場合）、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３に充電指令を送信し、その差分電力である余剰電力を蓄電池７１に蓄積させる。つまり、各蓄電池７１には、蓄電池７１の台数で余剰電力を均等に分割することによって得られる電力が蓄積される。電力管理装置１０は、供給電力の総和が負荷電力ＷＬの総和よりも小さい場合（差分電力が０よりも小さい場合）、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３に放電指令を送信し、不足電力を蓄電池７１から放出させる。蓄電池７１の台数で不足電力を均等に分割することによって得られる電力が各蓄電池７１から放出される。

　電力管理装置１０は、差分電力に基づいて、バス電圧Ｖｂｕｓを変更するように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３を制御する。電力管理装置１０は、バス電圧Ｖｂｕｓの目標電圧値を含む電圧調整指令を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３に送信することで、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させる。これにより、ＭＰＰＴ（Maximum　Power　Point　Tracking）制御及びピークカット制御が行われる。ＭＰＰＴ制御及びピークカット制御の詳細は後述する。

　図３は、図１に示される電力管理装置のハードウェア構成図である。図３に示されるように、電力管理装置１０は、物理的には、１又は複数のプロセッサ１０１、メモリ１０２、及び通信インターフェース１０３等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成され得る。プロセッサ１０１の例としては、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）が挙げられる。メモリ１０２は、主記憶装置と補助記憶装置とを含み得る。主記憶装置は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）及びＲＯＭ（Read　Only　Memory）等で構成される。補助記憶装置の例としては、半導体メモリ、及びハードディスク装置が挙げられる。通信インターフェース１０３は、他の装置とデータの送受信を行う装置である。通信インターフェース１０３は、例えば、ＲＳ－２３２Ｃ、ＲＳ－４８５、及びＣＡＮといった通信規格に準拠した通信モジュール、ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）又は無線通信モジュールで構成される。

　プロセッサ１０１が、メモリ１０２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、プロセッサ１０１の制御のもとで各ハードウェアが動作し、メモリ１０２におけるデータの読み出し及び書き込みが行われる。これにより、電力管理装置１０の図４に示される各機能部が実現される。

　図４は、図１に示される電力管理装置の機能ブロック図である。図４に示されるように、電力管理装置１０は、機能的には、取得部１１（第１取得部）と、取得部１２（第２取得部）と、制御部１３と、を備える。

　取得部１１は、差分電力の電力値（差分電力値）を取得する機能部である。取得部１１は、例えば、直流バス２と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３との間の電力Ｗｃの計測値を各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３から取得し、電力Ｗｃの計測値の総和を差分電力値とする。本実施形態では、３つの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３からそれぞれ電力Ｗｃの計測値を取得する。

　取得部１１は、供給電力の計測値の総和から負荷電力ＷＬの計測値の総和を減算することによって得られた値を差分電力値として取得してもよい。この場合、取得部１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２から発電電力Ｗｇの計測値を取得し、ＡＣ／ＤＣコンバータ５２から系統電力Ｗｓの計測値を取得し、各コンバータ６から負荷電力ＷＬの計測値を取得する。取得部１１は、再生可能エネルギー発電装置３１と直流バス２との間に設けられた不図示の電流センサによって計測された電流値と、バス電圧Ｖｂｕｓの電圧値とを乗算することによって、発電電力Ｗｒｅの電力値を算出する。

　取得部１２は、給電システム１における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３が受電可能な最大電力の電力値（最大電力値）を取得する機能部である。取得部１２は、例えば、各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３から最大電力値を含む機器情報を取得し、各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の最大電力値の総和を給電システム１における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３が受電可能な最大電力値とする。

　複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３が互いに同一の最大電力を有する場合には、１つの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３から取得した最大電力値と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の数とを乗算することによって得られる値が、給電システム１における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３が受電可能な最大電力値として用いられてもよい。

　制御部１３は、差分電力に基づいて、バス電圧Ｖｂｕｓを変更するように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３を制御する機能部である。制御部１３は、差分電力と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の最大電力との大小関係に応じて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させる。例えば、制御部１３は、差分電力が上記最大電力よりも小さい場合には、ＭＰＰＴ制御を実施する。ＭＰＰＴ制御は、発電電力Ｗｒｅを最大化する制御である。言い換えると、制御部１３は、差分電力が上記最大電力よりも小さい場合には、発電電力Ｗｒｅが増加するようにバス電圧Ｖｂｕｓを変更させる。制御部１３は、例えば山登り法（Hill　Climbing　Method）を用いてＭＰＰＴ制御を実施する。

　制御部１３は、差分電力が上記最大電力よりも大きい場合には、ピークオフ制御を実施する。ピークオフ制御は、発電電力Ｗｒｅが双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の最大電力よりも大きくならないように、発電電力Ｗｒｅを抑える制御である。言い換えると、制御部１３は、差分電力が上記最大電力よりも大きい場合には、発電電力Ｗｒｅが減少するようにバス電圧Ｖｂｕｓを変更させる。

　次に、図５をさらに参照して、電力管理装置１０が行う電力管理方法を説明する。図５は、図１に示される電力管理装置が行う電力管理方法の一連の処理を示すフローチャートである。図５の一連の処理は、所定の時間（例えば、１０秒）が経過するごとに繰り返し行われる。

　まず、取得部１１が、差分電力値を取得する（ステップＳ１１）。取得部１１は、例えば、各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３から電力Ｗｃの計測値を受信し、それらの計測値の総和を差分電力値として取得する。そして、取得部１１は、差分電力値を制御部１３に出力する。

　続いて、取得部１２は、給電システム１におけるすべての双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３によって受電可能な最大電力値を取得する（ステップＳ１２）。取得部１２は、例えば、各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３から最大電力値を取得し、これらの最大電力値の総和を給電システム１における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３が受電可能な最大電力値とする。そして、取得部１２は、最大電力値を制御部１３に出力する。

　続いて、制御部１３は、取得部１１から差分電力値を受け取り、取得部１２から双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の最大電力値を受け取ると、差分電力値と最大電力値とを比較することによって、差分電力が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の最大電力よりも大きいか小さいかを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において、差分電力が最大電力よりも小さいと判定された場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、制御部１３は、ＭＰＰＴ制御を実施する（ステップＳ１４）。

　具体的には、制御部１３は、差分電力が増加するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させる。バス電圧Ｖｂｕｓを変更することによって差分電力が増加した場合、発電電力Ｗｒｅが増加したと考えられる。したがって、制御部１３は、発電電力Ｗｒｅが増加するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させているともいえる。なお、ＭＰＰＴ制御は、充電処理時に限られず、放電処理時においても実施される。

　制御部１３は、例えば、山登り法を用いて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させる。この場合、制御部１３は、例えば、バス電圧Ｖｂｕｓの電圧値に所定値を加算することで得られる目標電圧値を含む電圧調整指令を各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３に送信する。そして、差分電力が増加した場合には、制御部１３は、所定値の符号を変更することなく、バス電圧Ｖｂｕｓの電圧値にさらに所定値を加算することで得られる目標電圧値を含む電圧調整指令を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３に送信する。差分電力が減少した場合には、制御部１３は、所定値の符号を反転した上で、バス電圧Ｖｂｕｓの電圧値に所定値を加算することで得られる目標電圧値を含む電圧調整指令を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３に送信する。以上により、電力管理方法の一連の処理が終了する。

　一方、ステップＳ１３において、差分電力が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の最大電力よりも大きいと判定された場合（ステップＳ１４；ＮＯ）、制御部１３は、ピークカット制御を実施する（ステップＳ１５）。具体的には、制御部１３は、差分電力が減少するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させる。バス電圧Ｖｂｕｓを変更することによって差分電力が減少した場合、発電電力Ｗｒｅが減少したと考えられる。したがって、制御部１３は、発電電力Ｗｒｅが減少するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させているともいえる。

　制御部１３は、例えば、バス電圧Ｖｂｕｓの電圧値を所定値だけ減少した目標電圧値を含む電圧調整指令を各双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３に送信する。そして、差分電力が最大電力よりも大きい場合には、制御部１３は、バス電圧Ｖｂｕｓの電圧値をさらに所定値だけ減少した目標電圧値を含む電圧調整指令を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３に送信する。制御部１３は、差分電力が最大電力を下回るまで上記処理を繰り返し行う。以上により、電力管理方法の一連の処理が終了する。

　以上説明した給電システム１では、再生可能エネルギー発電装置３１が直流バス２に接続され、蓄電池７１が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３を介して直流バス２に接続されている。このように、再生可能エネルギー発電装置３１はコンバータを介することなく直流バス２に直接接続されるので、再生可能エネルギー発電装置３１がコンバータを介して直流バス２に接続される構成と比較して、変換効率を向上させることが可能となる。

　例えば、１つのコンバータ当たりの電力変換効率が９０％であるとすると、再生可能エネルギー発電装置３１がコンバータを介して直流バス２に接続される構成では、再生可能エネルギー発電装置３１から蓄電池７１に供給される電力の変換効率は、８１％である。一方、給電システム１では、再生可能エネルギー発電装置３１から蓄電池７１に供給される電力の変換効率は、９０％である。したがって、変換効率を９％向上させることができる。

　この給電システム１に適用される電力管理装置１０では、発電電力Ｗｒｅを含む供給電力から負荷電力ＷＬを引くことによって得られる差分電力に基づいて、バス電圧Ｖｂｕｓが変更される。バス電圧Ｖｂｕｓが変更されると、再生可能エネルギー発電装置３１の発電電力Ｗｒｅが変更されるので、再生可能エネルギー発電装置３１の発電制御を行うことができる。その結果、再生可能エネルギー発電装置３１の発電制御を行いながら、変換効率を向上させることが可能となる。

　電力管理装置１０（制御部１３）は、差分電力と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の最大電力との大小関係に応じて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させる。例えば、電力管理装置１０は、差分電力が上記最大電力よりも小さい場合には、発電電力Ｗｒｅが増加するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させる。これにより、より多くの発電電力Ｗｒｅを得ることができる。したがって、再生可能エネルギー発電装置３１の発電効率を向上させることが可能となる。一方、電力管理装置１０は、差分電力が上記最大電力よりも大きい場合には、発電電力Ｗｒｅが減少するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させる。これにより、差分電力が最大電力以下に抑えられ得る。したがって、過大な電力が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３に供給されることを防止することができ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３が故障する可能性を低減することが可能となる。以上のように、発電電力Ｗｒｅを最適化することが可能となる。

　なお、本開示に係る給電システム、及び電力管理装置は上記実施形態に限定されない。

　例えば、給電システム１は、補助電源装置５を備えていなくてもよい。この場合、給電システム１は、独立型の直流電源システムとも称される。

　電力管理装置１０は、物理的又は論理的に結合した１つの装置によって構成されていてもよく、互いに物理的又は論理的に分離している複数の装置によって構成されてもよい。例えば、電力管理装置１０は、クラウドコンピューティングのようにネットワーク上に分散された複数のコンピュータによって実現されてもよい。

　ＡＣ／ＤＣコンバータ４２、ＡＣ／ＤＣコンバータ５２、コンバータ６、及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の少なくともいずれかは、電力計測機能を有していなくてもよい。この場合、電力管理装置１０は、電圧センサによって計測された電圧の計測値と、電流センサによって計測された電流の計測値と、から各電力の計測値を取得してもよい。

　上記実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２、ＡＣ／ＤＣコンバータ５２、コンバータ６、及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３のそれぞれは、装置内部で生成した直流電圧で動作している。この構成に代えて、給電システム１が電源ユニットを備え、電源ユニットが、直流バス２のバス電圧Ｖｂｕｓから一定の電圧値を有する直流電圧を生成し、各装置に直流電圧（電力）を供給してもよい。

　制御部１３は、ＭＰＰＴ制御として、１つの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３から取得した電力Ｗｃの計測値が、当該双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の最大電力値よりも小さい場合に、電力Ｗｃが増加するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させてもよい。同様に、制御部１３は、ピークカット制御として、１つの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３から取得した電力Ｗｃの計測値が、当該双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３の最大電力値よりも大きい場合に、電力Ｗｃが減少するように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ７３にバス電圧Ｖｂｕｓを変更させてもよい。

　１…給電システム、２…直流バス、６…コンバータ（第１コンバータ）、１０…電力管理装置、１１…取得部（第１取得部）、１２…取得部（第２取得部）、１３…制御部、３１…再生可能エネルギー発電装置、７１…蓄電池、７３…双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２コンバータ）、Ｌ…負荷機器、Ｖｂａｔ…電池電圧、Ｖｂｕｓ…バス電圧、ＶＬ…負荷電圧、Ｗｇ…発電電力（供給電力）、Ｗｒｅ…発電電力（供給電力）、Ｗｓ…系統電力（供給電力）、ＷＬ…負荷電力。

Claims (8)

1. 　直流電力を供給するための直流バスと、
   　前記直流バスに接続される再生可能エネルギー発電装置と、
   　前記直流バスに接続され、前記直流バスに供給されるバス電圧を負荷機器に供給される負荷電圧に変換する第１コンバータと、
   　蓄電池と、
   　前記蓄電池と前記直流バスとの間に設けられ、前記バス電圧と前記蓄電池の電池電圧とを双方向に変換可能な第２コンバータと、
   　前記第２コンバータを制御することによって前記蓄電池を充放電する電力管理装置と、
   を備え、
   　前記電力管理装置は、前記再生可能エネルギー発電装置によって生成される発電電力を含む前記直流バスに供給される供給電力から前記負荷機器に供給される負荷電力を引くことによって得られる差分電力に基づいて、前記バス電圧を変更するように前記第２コンバータを制御する、給電システム。
2. 　前記電力管理装置は、前記差分電力と前記第２コンバータが受電可能な最大電力との大小関係に応じて、前記第２コンバータに前記バス電圧を変更させる、請求項１に記載の給電システム。
3. 　前記電力管理装置は、前記差分電力が前記最大電力よりも小さい場合には、前記発電電力が増加するように、前記第２コンバータに前記バス電圧を変更させる、請求項２に記載の給電システム。
4. 　前記電力管理装置は、前記差分電力が前記最大電力よりも大きい場合には、前記発電電力が減少するように、前記第２コンバータに前記バス電圧を変更させる、請求項２又は請求項３に記載の給電システム。
5. 　直流バスに接続された再生可能エネルギー発電装置によって生成された発電電力を含む前記直流バスに供給される供給電力から、第１コンバータを介して前記直流バスに接続された負荷機器に供給される負荷電力を引くことによって得られる差分電力を取得する第１取得部と、
   　前記差分電力に基づいて、前記直流バスに供給されるバス電圧を変更するように前記直流バスと蓄電池との間に設けられた第２コンバータを制御する制御部と、
   を備え、
   　前記第２コンバータは、前記バス電圧と前記蓄電池の電池電圧とを双方向に変換可能である、電力管理装置。
6. 　前記第２コンバータの最大電力を取得する第２取得部をさらに備え、
   　前記制御部は、前記差分電力と前記最大電力との大小関係に応じて、前記第２コンバータに前記バス電圧を変更させる、請求項５に記載の電力管理装置。
7. 　前記制御部は、前記差分電力が前記最大電力よりも小さい場合には、前記発電電力が増加するように、前記第２コンバータに前記バス電圧を変更させる、請求項６に記載の電力管理装置。
8. 　前記制御部は、前記差分電力が前記最大電力よりも大きい場合には、前記発電電力が減少するように、前記第２コンバータに前記バス電圧を変更させる、請求項６又は請求項７に記載の電力管理装置。

Images